JP2000091708A - Semiconductor light emitting element - Google Patents

Semiconductor light emitting element

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JP2000091708A
JP2000091708A JP10260547A JP26054798A JP2000091708A JP 2000091708 A JP2000091708 A JP 2000091708A JP 10260547 A JP10260547 A JP 10260547A JP 26054798 A JP26054798 A JP 26054798A JP 2000091708 A JP2000091708 A JP 2000091708A
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layer
light emitting
active layer
emitting device
semiconductor light
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JP10260547A
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Japanese (ja)
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Leney John
ジョン、レニー
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Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light emitting element which can keep barrier effect for overflow of electron from an active layer and reduce barrier working on flow-in of hole to the active layer. SOLUTION: An overflow prevention layer 12 is provided as to work as a barrier to suppress the overflow of electrons injected to an active layer 106 and its barrier working on a hole before injecting electrons to the active layer 106 is released. Specifically, by forming a superlattice where the layer thickness or composition gradually changes or a structure where the composition changes continuously or stepwise, the flow-in of the hole is promoted and the loss of carrier is eliminated so that a semiconductor light emitting element superior in light emitting efficiency can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子に
関する。より具体的には、本発明は、活性層からの電子
のオーバーフローに対するバリア効果を維持しつつ、活
性層に対する正孔の流入に対するバリアを低減すること
ができる半導体発光素子に関する。
[0001] The present invention relates to a semiconductor light emitting device. More specifically, the present invention relates to a semiconductor light emitting device that can reduce a barrier against inflow of holes into an active layer while maintaining a barrier effect against overflow of electrons from the active layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体発光素子、特に半導体レーザ素子
や高輝度の発光ダイオード(LED)においては、発光
を生ずる活性層に対して、キャリアを高い密度で閉じ込
めることが必要とされる。キャリアの閉じ込めをより完
全にするために、いわゆるキャップ層を設けた構造が提
案されている。このキャップ層は、活性層からのキャリ
アのオーバーフロー、すなわち流出を防ぐ役割を有す
る。
2. Description of the Related Art In a semiconductor light emitting device, in particular, a semiconductor laser device or a high-brightness light emitting diode (LED), it is necessary to confine carriers at a high density in an active layer which emits light. In order to more completely confine carriers, a structure having a so-called cap layer has been proposed. This cap layer has a role to prevent overflow, that is, outflow of carriers from the active layer.

【0003】以下の説明においては、半導体発光素子の
一例として、窒化物系半導体を用いた半導体レーザを例
に挙げて説明する。なお、本願において「窒素物系半導
体」とは、BxInyAlzGa(1-x-y-z)N(O≦x,
y,z≦1)のIII−V族化合物半導体を含み、V族
元素はNに加えて、リン(P)や砒素(As)などを含
有する混晶も含む。さらに、BeCN2などのII族−
IV族−N2型の化合物も含むものとする。
In the following description, a semiconductor laser using a nitride semiconductor will be described as an example of a semiconductor light emitting device. Note that the "nitrogen-based semiconductor" in the present application, B x In y Al z Ga (1-xyz) N (O ≦ x,
y, z ≦ 1), and a group V element includes a mixed crystal containing phosphorus (P), arsenic (As), etc. in addition to N. Further, a group II such as BeCN 2
It shall also include compounds of Group IV -N 2 type.

【0004】窒化物系半導体は、マグネシウム(Mg)
を用いたp型のドーピングが成功したことによって注目
され、青色の可視光波長帯や紫外線波長帯における種々
の半導体レーザ構造が提案されている。しかしながら、
安定したレーザ発振は未だ実現されておらず、解決すべ
き多くの課題が残されている。大きな問題のひとつは、
動作電圧としきい値電流が極めて高いことである。その
原因は、活性層を構成する多重量子井戸(MQW:mult
iple quantum well)のバリアがウエルに対して十分に
高くない点にある。これは、窒化ガリウム系半導体の場
合には、ウエル層のインジウムの組成が低い程、発光効
率が高いことによる。つまり、ウエル層の発光効率を改
善するためには、そのインジウム組成を低くする必要が
あるが、このために、ウエル層のバンドギャップが大き
くなり、バリア層とのエネルギ差を十分に確保すること
ができない。
[0004] The nitride semiconductor is magnesium (Mg).
Attention has been paid to the success of p-type doping using GaN, and various semiconductor laser structures in a blue visible light wavelength band and an ultraviolet wavelength band have been proposed. However,
Stable laser oscillation has not been realized yet, and many problems to be solved remain. One of the big problems is
The operating voltage and the threshold current are extremely high. The cause is that multiple quantum wells (MQW: mult
The barrier of the iple quantum well is not high enough for the well. This is because, in the case of a gallium nitride based semiconductor, the lower the indium composition of the well layer, the higher the luminous efficiency. That is, in order to improve the luminous efficiency of the well layer, it is necessary to lower the indium composition. However, the band gap of the well layer becomes large, and a sufficient energy difference from the barrier layer is required. Can not.

【0005】この結果として、多数のキャリア、特に電
子がガイド層やクラッド層にオーバーフローしてロスが
生ずることとなる。クラッド層のアルミニウム(Al)
の組成を上げることにより、このオーバーフローを減ら
すことができる。一方で、十分な光の閉じ込めを達成す
るために、クラッド層は厚く形成する必要がある。しか
し、アルミニウムの組成を上げてクラッド層を厚く成長
するとクラックが発生し、クラックの発生を抑えつつ、
厚いAlGaNのクラッド層を成長することは困難であ
った。
As a result, a large number of carriers, especially electrons, overflow into the guide layer and the cladding layer, causing loss. Aluminum (Al) for cladding layer
The overflow can be reduced by increasing the composition of On the other hand, in order to achieve sufficient light confinement, the cladding layer needs to be formed thick. However, when the cladding layer is grown thicker by increasing the aluminum composition, cracks occur, and while suppressing the occurrence of cracks,
It has been difficult to grow thick AlGaN cladding layers.

【0006】これに対して、活性層とガイド層との間に
高いアルミニウム組成を有するキャップ層を設けた構造
が提案されている。
On the other hand, there has been proposed a structure in which a cap layer having a high aluminum composition is provided between an active layer and a guide layer.

【0007】図10は、このようなキャップ層を設けた
半導体レーザを表す概略断面図である。
FIG. 10 is a schematic sectional view showing a semiconductor laser provided with such a cap layer.

【0008】この構造を開示した文献としては、例え
ば、特開平9−219556号公報や、中村らより報告
されたProc.2nd Int.Conf.Nitr
ideSem.;S1(1997)p.444を挙げる
ことができる。図10に示した半導体発光素子は、サフ
ァイア基板101の上に、n型コンタクト層102、n
型クラッド層104、n型光ガイド層105、活性層1
06、p型キャップ層112、p型光ガイド層107、
p型クラッド層108、p型コンタクト層109がこの
順に積層された構造を有する。
Documents disclosing this structure include, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-219556 and Proc. 2nd Int. Conf. Nitr
ideSem. S1 (1997) p. 444. The semiconductor light emitting device shown in FIG. 10 has an n-type contact layer 102, n on a sapphire substrate 101.
Type cladding layer 104, n-type light guide layer 105, active layer 1
06, the p-type cap layer 112, the p-type light guide layer 107,
It has a structure in which a p-type cladding layer 108 and a p-type contact layer 109 are stacked in this order.

【0009】クラッド層104、108は、キャリアを
活性層106に閉じ込め、活性層から高い光出力を得る
ために、活性層よりも大きなバンドギャップを有するこ
とが必要とされる。
The cladding layers 104 and 108 need to have a larger band gap than the active layer in order to confine carriers in the active layer 106 and obtain a high optical output from the active layer.

【0010】また、p型の各層は図示したようにメサ状
に加工され、注入電流を狭窄するようにされている。素
子の側面は、SiO2などからなる保護膜110に覆わ
れ、p型コンタクト層102の上にはn側電極103が
形成され、p型コンタクト層109の上にはn側電極1
11が形成されている。各層の材料は、例えば、n型コ
ンタクト層102としてGaN、n型クラッド層104
としてAlGaN、n型光ガイド層105としてGa
N、活性層106としてInGaNからなる多重量子井
戸(MQW)、p型キャップ層112としてAlGa
N、p型光ガイド層107としてGaN、p型クラッド
層108としてAlGaN、p型コンタクト層109と
してGaNをそれぞれ用いることができる。
[0010] Each of the p-type layers is processed into a mesa shape as shown in the figure to narrow the injection current. The side surface of the device is covered with a protective film 110 made of SiO2 or the like, an n-side electrode 103 is formed on the p-type contact layer 102, and an n-side electrode 1 is formed on the p-type contact layer 109.
11 are formed. The material of each layer is, for example, GaN as the n-type contact layer 102 and the n-type cladding layer 104.
AlGaN, and Ga as the n-type light guide layer 105
N, a multiple quantum well (MQW) made of InGaN as the active layer 106, and AlGa as the p-type cap layer 112.
GaN can be used as the N and p-type light guide layers 107, AlGaN can be used as the p-type cladding layer 108, and GaN can be used as the p-type contact layer 109.

【0011】また、n側電極103としては、例えばア
ルミニウム(Al)、白金(Pt)、金(Au)をこの
順序に積層したもの、p側電極111としては、例えば
白金(Pt)と金(Au)をこの順序に積層したものを
それぞれ用いることができる。
The n-side electrode 103 is formed by stacking, for example, aluminum (Al), platinum (Pt), and gold (Au) in this order, and the p-side electrode 111 is formed of, for example, platinum (Pt) and gold (Au). Au) can be used in this order.

【0012】図10に示した半導体レーザにおいては、
キャップ層112を設けることによって、p型ガイド層
やp型クラッド層への電子のオーバーフローをある程度
抑制することができる。
In the semiconductor laser shown in FIG.
By providing the cap layer 112, the overflow of electrons to the p-type guide layer and the p-type clad layer can be suppressed to some extent.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】従来は、電子のオーバ
ーフローを阻止するために、アルミニウム組成を高くし
たAlGaNキャップ層112が用いられ、その層の層
厚を薄くしつつ高濃度にドーピングすることによって、
正孔は活性層に容易に流入することができると考えられ
ていた。
Conventionally, an AlGaN cap layer 112 having a high aluminum composition has been used to prevent the overflow of electrons, and the AlGaN cap layer 112 is formed by making the layer thinner and highly doped. ,
It was believed that the holes could easily flow into the active layer.

【0014】しかし、本発明者の検討の結果、この認識
は誤りであり、正孔が活性層に流入することが困難であ
り、そのために、レーザ素子に大きなロスが生ずること
が判明した。以下に、この理由について詳細に説明す
る。
However, as a result of the study by the present inventor, it has been found that this recognition is erroneous, that it is difficult for holes to flow into the active layer, and that a large loss occurs in the laser element. Hereinafter, the reason will be described in detail.

【0015】図11は、図10の素子のバンド構造を表
し、低注入電流の条件下におけるキャリアの流れを説明
する概念図である。同図に示したように、AlGaNか
らなるキャップ層112は、価電子帯において、p型ガ
イド層との間に約150meV程度のショットキ・バリ
アを有する。正孔は、窒化ガリウム系半導体中において
質量が大きく移動度が小さいため、p型AlGaNキャ
ップ層112のエネルギ・バリアを超えて活性層106
に到達することが困難である。正孔がキャップ層112
のバリアを超えて活性層に注入されるためには、非常に
高い電界が必要とされ、これは、レーザに対する印加電
圧が高く、注入レベルが高いの場合に限定される。つま
り、低注入条件の下では、同図に表したように、正孔の
活性層への流入はキャップ層112により制限されてし
まう。
FIG. 11 is a conceptual diagram showing the band structure of the device of FIG. 10 and illustrating the flow of carriers under the condition of a low injection current. As shown in the figure, the cap layer 112 made of AlGaN has a Schottky barrier of about 150 meV between the valence band and the p-type guide layer. Since the holes have a large mass and a low mobility in the gallium nitride based semiconductor, they exceed the energy barrier of the p-type AlGaN
Is difficult to reach. Holes are in the cap layer 112
A very high electric field is required to be injected into the active layer beyond the barriers, and this is limited to high applied voltages to the laser and high injection levels. That is, under the low injection condition, the inflow of holes into the active layer is restricted by the cap layer 112 as shown in FIG.

【0016】これに対して、活性層106に流入した電
子は、はるかに高い移動度を有し、しかも、再結合する
相手となる正孔が活性層中には存在しないために長いラ
イフタイムを有する。その結果として、活性層中の電子
は、キャップ層112を越えてp型ガイド層107にオ
ーバーフローし、ガイド層で正孔と再結合して発光を生
ずるようになる。
On the other hand, electrons flowing into the active layer 106 have a much higher mobility, and have a long lifetime because no holes to be recombined exist in the active layer. Have. As a result, the electrons in the active layer overflow the cap layer 112 to the p-type guide layer 107, and recombine with holes in the guide layer to emit light.

【0017】このプロセスによりキャリアの大きなロス
が生ずる。また、このような半導体レーザの性能を改善
するために、超格子からなるクラッド層を用いる構造
が、特開平10−84134号公報(発明者:中村ら)
において開示されているが、前述した問題を解決するに
は至っていない。
This process causes a large loss of carriers. Further, in order to improve the performance of such a semiconductor laser, a structure using a clad layer made of a superlattice is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-84134 (inventor: Nakamura et al.).
However, the above-mentioned problem has not been solved.

【0018】一方、この問題を解決する方法として、p
型AlGaNキャップ層112に高い濃度でマグネシウ
ム(Mg)をドーピングすることも考えられる。しか
し、これには、次に説明する2つの問題がある。
On the other hand, as a method for solving this problem, p
It is also conceivable to dope the type AlGaN cap layer 112 with magnesium (Mg) at a high concentration. However, this has two problems as described below.

【0019】すなわち、第1の問題は、p型AlGaN
の正孔キャリア濃度の上限は、1017cm-3程度に限定
され、高い濃度のドーピングが困難なことである。
That is, the first problem is that p-type AlGaN
The upper limit of the hole carrier concentration is limited to about 10 17 cm −3 , which makes it difficult to dope at a high concentration.

【0020】第2の問題は、p型AlGaNのドーピン
グ効率は極めて低く、上限のドーピングレベルにおいて
は過剰のマグネシウムが生ずることである。この過剰の
マグネシウムは、発光素子の動作中においても極めて容
易に活性層中に拡散し、活性層の発光効率を大幅に低下
させる原因となる。
The second problem is that the doping efficiency of p-type AlGaN is extremely low, and excessive magnesium is generated at the uppermost doping level. This excess magnesium diffuses very easily into the active layer even during the operation of the light emitting element, causing a significant decrease in the luminous efficiency of the active layer.

【0021】これらの問題があるために、キャップ層1
12を高い濃度にドーピングすることは困難である。
Because of these problems, the cap layer 1
It is difficult to dope 12 to a high concentration.

【0022】一方、窒化物系半導体を用いた発光素子に
特有の問題として、AlGaNからなるキャップ層11
2を設けると、発光強度の経時劣化を引き起こすことも
分かった。これは、キャップ層とガイド層との格子定数
の相違に起因して、ガイド層に正孔に対するトラップ準
位が発生するためであると考えられる。
On the other hand, a problem peculiar to a light emitting device using a nitride-based semiconductor is that a cap layer 11 made of AlGaN is used.
It was also found that the provision of No. 2 causes deterioration with time of the emission intensity. This is presumably because trap levels for holes are generated in the guide layer due to the difference in lattice constant between the cap layer and the guide layer.

【0023】以上詳述したように、従来のAlGaNキ
ャップ層を用いた半導体レーザにおいては、正孔の活性
層への流入が阻害され、そのために、レーザ素子に大き
なロスが生ずることが判明した。さらに、これを防ぐた
めに、キャップ層に高濃度のドーピングを施そうとする
と別の問題が生ずる。また、正孔のトラップ準位が発す
るという問題があることも分かった。
As described in detail above, it has been found that in the conventional semiconductor laser using the AlGaN cap layer, the inflow of holes into the active layer is hindered, which causes a large loss in the laser element. Further, if an attempt is made to dope the cap layer with a high concentration in order to prevent this, another problem arises. It was also found that there was a problem that a hole trap level was generated.

【0024】本発明は、かかる課題の認識に基づいてな
されたものである。すなわち、その目的は、活性層から
の電子のオーバーフローに対するバリア効果を維持しつ
つ、活性層に対する正孔の流入に対するバリアを低減す
ることができる半導体発光素子を提供することにある。
The present invention has been made based on the recognition of such a problem. That is, an object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device that can reduce a barrier against inflow of holes into an active layer while maintaining a barrier effect against overflow of electrons from the active layer.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、独特の構成を有するオーバーフロ
ー防止層を導入する。
According to the present invention, an overflow prevention layer having a unique structure is introduced.

【0026】すなわち、本発明の半導体発光素子は、活
性層を備え、前記活性層に電子と正孔とを注入して発光
を生じさせる半導体発光素子であって、前記活性層に注
入された前記電子と前記正孔のいずれか一方のオーバー
フローを抑制するバリアとして作用するオーバーフロー
防止層をさらに備え、前記オーバーフロー防止層は、さ
らに、前記活性層に注入される前の前記電子と前記正孔
のいずれか他方に対するバリア作用が緩和されてなるこ
とを特徴とする。
That is, the semiconductor light emitting device of the present invention comprises an active layer, and emits light by injecting electrons and holes into the active layer. The semiconductor device further includes an overflow prevention layer acting as a barrier for suppressing overflow of one of the electron and the hole, and the overflow prevention layer further includes any one of the electron and the hole before being injected into the active layer. Or the barrier effect on the other is reduced.

【0027】または、本発明の半導体発光素子は、活性
層と、オーバーフロー防止層と、を備え、前記活性層に
電子と正孔とを注入して発光を生じさせる半導体発光素
子であって、前記オーバーフロー防止層は、前記活性層
側の端面においては、前記活性層よりも大きく且つ急峻
に変化する第1のバンドギャップを有し、前記活性層か
らみて反対側においては、層厚方向に端面に近づくにつ
れて実効的なバンドギャップが前記第1のバンドギャッ
プよりも小さくなるものとして構成されていることを特
徴とする。
Alternatively, the semiconductor light emitting device of the present invention comprises an active layer and an overflow prevention layer, and emits light by injecting electrons and holes into the active layer. The overflow prevention layer has a first band gap that is larger than the active layer and changes steeply on the end face on the active layer side, and has an end face in the layer thickness direction on the opposite side when viewed from the active layer. An effective band gap is configured to be smaller than the first band gap as approaching.

【0028】ここで、本発明の望ましい実施の形態とし
て、前記オーバーフロー防止層は、複数のバリア層と複
数のウエル層とを含む超格子を有し、前記複数のバリア
層と前記複数のウエル層の少なくともいずれかは、層厚
または組成が一定でないことを特徴とする。
Here, as a preferred embodiment of the present invention, the overflow prevention layer has a superlattice including a plurality of barrier layers and a plurality of well layers, and the plurality of barrier layers and the plurality of well layers are provided. Is characterized in that the layer thickness or the composition is not constant.

【0029】または、前記オーバーフロー防止層は、そ
の層厚方向に沿って組成が連続的に変化する部分を有す
ることを特徴とする。
Alternatively, the overflow prevention layer has a portion in which the composition changes continuously along the thickness direction of the layer.

【0030】または、前記オーバーフロー防止層は、そ
の層厚方向に沿って組成が階段状に変化する部分を有す
ることを特徴とする。
Alternatively, the overflow prevention layer has a portion where the composition changes stepwise along the layer thickness direction.

【0031】本発明は、特に窒化物系半導体を用いた半
導体発光素子に用いて好適であり、具体的には、前記活
性層は、窒化物系半導体からなり、前記オーバーフロー
防止層は、アルミニウムを含む窒化物半導体からなる半
導体発光素子に用いて好適である。
The present invention is particularly suitable for use in a semiconductor light emitting device using a nitride-based semiconductor. Specifically, the active layer is made of a nitride-based semiconductor, and the overflow prevention layer is made of aluminum. It is suitable for use in a semiconductor light emitting device made of a nitride semiconductor containing.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】本発明によれば、独特の構成を有
するオーバーフロー防止層を導入することにより、キャ
リアのロスを効果的に抑制し、従来よりも発光効率が高
く、寿命が長く、しきい値電流密度が低く、かつ動作電
圧も低い半導体発光素子を実現することができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS According to the present invention, by introducing an overflow prevention layer having a unique structure, carrier loss can be effectively suppressed, the luminous efficiency is higher and the life is longer than before. A semiconductor light emitting device having a low threshold current density and a low operating voltage can be realized.

【0033】以下に、窒化物系半導体を用いた半導体レ
ーザを例に挙げつつ、本発明の実施の形態について説明
する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to a semiconductor laser using a nitride-based semiconductor as an example.

【0034】図1は、本発明の半導体発光素子を表す概
略断面図である。すなわち、同図に例示した半導体発光
素子は、窒化物系半導体を用いた半導体レーザである。
この半導体レーザにおいては、サファイア基板101の
上に、n型コンタクト層102、n型クラッド層10
4、n型光ガイド層105、活性層106、オーバーフ
ロー防止層12、p型光ガイド層107、p型クラッド
層108、p型コンタクト層109がこの順に積層され
た構造を有する。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a semiconductor light emitting device of the present invention. That is, the semiconductor light emitting device illustrated in FIG. 1 is a semiconductor laser using a nitride semiconductor.
In this semiconductor laser, an n-type contact layer 102 and an n-type clad layer 10 are formed on a sapphire substrate 101.
4, an n-type light guide layer 105, an active layer 106, an overflow prevention layer 12, a p-type light guide layer 107, a p-type cladding layer 108, and a p-type contact layer 109 are laminated in this order.

【0035】各層の役割、或いは組成や層厚について
は、図10に関して前述したものと同様とできるものも
あるので、同一の部分には同一の符号を付して詳細な説
明は省略する。また、p型の各層は図示したようにメサ
状に加工され、注入電流を狭窄するようにされている。
なお、電流の狭窄や光の閉じ込めのためには、図示した
以外にも、例えば、選択埋め込みリッジ型(Selectivel
y Buried Ridge:SBR)レーザや、絶縁ストライプ
(Isolated Stripe)型レーザのような各種の構造を採
用しても良い。
The role, composition, and layer thickness of each layer can be the same as those described above with reference to FIG. 10, so the same portions are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. Each of the p-type layers is processed into a mesa shape as shown in the figure to narrow the injection current.
In order to confine current and confine light, for example, in addition to the illustration, for example, a selective buried ridge type (Selectivel ridge type) may be used.
Various structures such as a y-buried ridge (SBR) laser and an isolated stripe laser may be employed.

【0036】本発明の半導体発光素子の特徴は、活性層
106とガイド層107の間に設けられたオーバーフロ
ー防止層12にある。
The feature of the semiconductor light emitting device of the present invention resides in the overflow prevention layer 12 provided between the active layer 106 and the guide layer 107.

【0037】図2は、本発明の半導体発光素子のオーバ
ーフロー防止層の具体例を表す価電子帯バンド構造の概
念図である。すなわち、同図は、オーバーフロー防止層
12の価電子帯のエネルギー・レベルを表す。同図の例
においては、オーバーフロー防止層12は、AlGaN
からなるバリア層12BとGaNからなるウエル層12
Wとを交互に積層した超格子構造を有する。この超格子
は、実効的なエネルギ・レベルを低エネルギのガイド層
から活性層に向かって徐々に変化させるように設計す
る。その具体的な構造は、ウエル及びバリアの材料に応
じて、適宜設計することができる。超格子を構成する材
料や層厚を最適化することによって、発光素子の特性を
制御することが可能であり、所望の特性を実現すること
ができる。すなわち、従来よりも高い効率と長い寿命を
有する発光素子を提供することができる。
FIG. 2 is a conceptual diagram of a valence band structure showing a specific example of the overflow prevention layer of the semiconductor light emitting device of the present invention. That is, FIG. 3 shows the energy level of the valence band of the overflow prevention layer 12. In the example shown in the figure, the overflow prevention layer 12 is made of AlGaN
Layer 12B made of GaN and well layer 12 made of GaN
It has a superlattice structure in which W is alternately stacked. The superlattice is designed to gradually change the effective energy level from the low energy guide layer toward the active layer. The specific structure can be appropriately designed according to the well and barrier materials. By optimizing the material and layer thickness of the superlattice, the characteristics of the light emitting element can be controlled, and desired characteristics can be realized. That is, it is possible to provide a light-emitting element having higher efficiency and longer life than before.

【0038】図2に示した具体例においては、ガイド層
107から活性層106に近づくにつれて、バリア層1
2Bの層厚は徐々に厚くなり、ウエル層12Wの層厚
は、逆に薄くなるように形成されている。また、同図の
例では、各バリア層のAl組成は同一である。
In the specific example shown in FIG. 2, as the distance from the guide layer 107 to the active layer 106 increases, the barrier layer 1
The layer thickness of 2B is gradually increased, and the layer thickness of well layer 12W is formed to be thinner on the contrary. Further, in the example of the figure, the Al composition of each barrier layer is the same.

【0039】このように、超格子を構成する各層の層厚
を徐々に変化させると、図2に点線で示したように、量
子効果により得られるエネルギ・レベルを徐々に変化さ
せることができる。すなわち、p型ガイド層107から
活性層106に向かって、オーバーフロー防止層12の
価電子帯の実効的なエネルギ・レベルは階段状に徐々に
変化する。その結果として、正孔に対する実効的な障壁
が低下し、正孔はこの階段に沿って活性層106に流入
することができるようになる。
As described above, when the thickness of each layer constituting the superlattice is gradually changed, the energy level obtained by the quantum effect can be gradually changed as shown by the dotted line in FIG. That is, the effective energy level of the valence band of the overflow prevention layer 12 gradually changes from the p-type guide layer 107 toward the active layer 106 in a stepwise manner. As a result, the effective barrier to holes is reduced, and holes can flow into the active layer 106 along this step.

【0040】一方、オーバーフロー防止層12のうち
で、活性層106に隣接したバリア層12BRは、活性
層からの電子のオーバーフローを防ぐための障壁として
作用する。すなわち、オーバーフロー防止層12の活性
層側の端面は、急峻に立ち上がった大きいバンドギャッ
プを有する。従って、その組成と層厚を適宜設定するこ
とにより、電子のオーバーフローを効果的に抑制するこ
とができる。具体的には、窒化物系半導体レーザの場合
には、バリア層12BRは、AlGaN(アルミニウム
組成約25%)で層厚約20nm程度とすることが望ま
しい。
On the other hand, in the overflow prevention layer 12, the barrier layer 12BR adjacent to the active layer 106 functions as a barrier for preventing the overflow of electrons from the active layer. That is, the end face of the overflow prevention layer 12 on the active layer side has a large band gap that rises sharply. Therefore, by appropriately setting the composition and the layer thickness, the overflow of electrons can be effectively suppressed. Specifically, in the case of a nitride-based semiconductor laser, the barrier layer 12BR is preferably made of AlGaN (about 25% of aluminum composition) and has a thickness of about 20 nm.

【0041】図3は、本発明の半導体発光素子のバンド
構造を表し、低注入電流の条件下におけるキャリアの流
れを説明する概念図である。図11と比較すると明らか
なように、本発明によればキャリアの流れが大幅に改善
される。すなわち、本発明のオーバーフロー防止層12
は、高ドーピングを施さなくても正孔の流れを容易にす
る。その結果として、従来よりも低い動作電圧で正孔を
活性層に流入させることが可能となり、素子の動作電圧
を低下することができる。同時に、活性層における正孔
の濃度が大幅に上昇するので、活性層における電子の再
結合が促進され、電子の平均自由行程が短縮される。そ
の結果として、特に、低電流密度の条件において、電子
のオーバーフローを抑制することができる。つまり、本
発明によれば、キャリアのロスを抑制し、活性層におい
て発光再結合を極めて高い確率で生じさせることができ
るようになる。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing the band structure of the semiconductor light emitting device of the present invention and illustrating the flow of carriers under the condition of a low injection current. As is clear from the comparison with FIG. 11, according to the present invention, the flow of carriers is significantly improved. That is, the overflow prevention layer 12 of the present invention
Facilitates hole flow without high doping. As a result, holes can be caused to flow into the active layer at a lower operating voltage than before, and the operating voltage of the device can be reduced. At the same time, since the concentration of holes in the active layer is greatly increased, recombination of electrons in the active layer is promoted, and the mean free path of electrons is shortened. As a result, it is possible to suppress the overflow of electrons particularly under the condition of low current density. That is, according to the present invention, carrier loss can be suppressed, and luminescence recombination can be caused in the active layer with an extremely high probability.

【0042】同時に、本発明によれば、オーバーフロー
防止層12が極めて有効に作用するので、クラッド層の
アルミニウム組成をあまり高くする必要がなくなる。一
般に、窒化物系半導体を用いた発光素子においては、ア
ルミニウム組成の高い層を設けると、結晶の歪みに起因
して特性の劣化が生じやすいが、本発明によれば、クラ
ッド層のアルミニウム組成を下げることができるので、
特性を劣化させることなく、光の閉じ込めに必要な十分
に厚いクラッド層を成長することが可能となる。
At the same time, according to the present invention, since the overflow prevention layer 12 functions very effectively, it is not necessary to make the aluminum composition of the cladding layer too high. In general, in a light-emitting element using a nitride-based semiconductor, when a layer having a high aluminum composition is provided, deterioration of characteristics is likely to occur due to crystal distortion, but according to the present invention, the aluminum composition of the cladding layer is reduced. Can be lowered,
It is possible to grow a sufficiently thick cladding layer necessary for confining light without deteriorating characteristics.

【0043】図4は、本発明の半導体発光素子の光出力
特性を表すグラフ図である。同図においては、半導体レ
ーザの動作電流と光出力の関係が表され、図10に例示
した従来の半導体レーザの特性も併せて示した。本発明
によれば、キャリアのロスが極めて効果的に抑制される
ために、レーザ発振が促進され、発振しきい値電流を従
来よりも低下させることができる。また、レーザ発振状
態での電流に対す光出力の傾き、すなわちスロープ効率
も大幅に改善される。
FIG. 4 is a graph showing the light output characteristics of the semiconductor light emitting device of the present invention. FIG. 2 shows the relationship between the operating current and the optical output of the semiconductor laser, and also shows the characteristics of the conventional semiconductor laser illustrated in FIG. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, since the loss of a carrier is suppressed very effectively, laser oscillation is promoted and an oscillation threshold current can be made lower than before. In addition, the slope of the optical output with respect to the current in the laser oscillation state, that is, the slope efficiency is greatly improved.

【0044】さらに、このようにしきい値が低下し、効
率も改善される結果として、素子の発熱が低下し、発光
素子の寿命も長くなる。
Further, as a result of the lowering of the threshold value and the improvement of the efficiency, the heat generation of the device is reduced and the life of the light emitting device is prolonged.

【0045】本発明におけるオーバーフロー防止層12
は、図2に示した具体例には限定されない。オーバーフ
ロー防止層を構成する超格子の周期数や各層厚の変化の
させかたは、適宜決定することができる。例えば、各バ
リア層の層厚は一定とし、ウエル層の層厚のみを徐々に
変化させても良い。逆に、各ウエル層の層厚は一定と
し、バリア層の層厚のみを徐々に変化させても良い。一
方、バリア層やウエル層の組成を同時に変化させても良
い。
The overflow prevention layer 12 in the present invention
Is not limited to the specific example shown in FIG. The number of periods of the superlattice constituting the overflow prevention layer and how to change the thickness of each layer can be determined as appropriate. For example, the thickness of each barrier layer may be constant, and only the thickness of the well layer may be gradually changed. Conversely, the thickness of each well layer may be constant, and only the thickness of the barrier layer may be gradually changed. On the other hand, the compositions of the barrier layer and the well layer may be changed simultaneously.

【0046】但し、超格子を構成する各層の層厚は、量
子効果を効果的に生じさせる層厚に設定することが望ま
しい。すなわち、各層の層厚は、概ね10nm(ナノメ
ータ)程度以下とすることが望ましい。また、活性層に
隣接したバリア層12BRは、電子のオーバーフローを
効果的に抑制するために、これよりも厚く形成しても良
い。
However, it is desirable that the layer thickness of each layer constituting the superlattice is set to a layer thickness that effectively generates a quantum effect. That is, it is desirable that the thickness of each layer be approximately 10 nm (nanometer) or less. Further, the barrier layer 12BR adjacent to the active layer may be formed thicker to effectively suppress the overflow of electrons.

【0047】図5は、本発明の半導体発光素子のオーバ
ーフロー防止層の第2の具体例を表すバンド構造の概念
図である。すなわち、同図は、オーバーフロー防止層1
2の価電子帯のエネルギー・レベルを表す。同図の例に
おいては、オーバーフロー防止層12は、AlGaNか
らなり、その組成が連続的に変化しているグレーデッド
部12GRと、ほぼ一定値とされているバリア部12B
Rとを有する。グレーデッド部12GRのアルミニウム
組成は、ガイド層107から活性層106に向かって連
続的に増加し、バリア部BRにおいては概ね一定値を維
持するように形成されている。
FIG. 5 is a conceptual diagram of a band structure showing a second specific example of the overflow prevention layer of the semiconductor light emitting device of the present invention. That is, FIG.
2 represents the energy level of the valence band. In the example shown in the figure, the overflow prevention layer 12 is made of AlGaN, and the graded portion 12GR whose composition changes continuously and the barrier portion 12B whose value is almost constant.
R. The aluminum composition of the graded portion 12GR continuously increases from the guide layer 107 toward the active layer 106, and is formed so as to maintain a substantially constant value in the barrier portion BR.

【0048】グレーデッド部12GRにおいて、このよ
うに連続的に変化するエネルギ・レベルを形成すること
により、正孔に対する障壁は大幅に低下し、正孔は、ガ
イド層107から活性層106に容易に流入することが
できるようになる。本具体例は、エネルギ・レベルの変
化が極めてスムーズである点で、図2に示した例よりも
優れる。
By forming such a continuously changing energy level in the graded portion 12GR, the barrier against holes is greatly reduced, and holes are easily transferred from the guide layer 107 to the active layer 106. Will be able to flow in. This example is superior to the example shown in FIG. 2 in that the change in the energy level is extremely smooth.

【0049】このような徐々に組成が変化するオーバー
フロー防止層は、例えば、有機金属気相成長(MOCV
D:metel-organic chemical vapor deposition)法に
より成長する際に各原料ガスの流量を徐々に変化させる
ことにより形成することができる。
Such an overflow prevention layer whose composition changes gradually can be formed, for example, by metal organic chemical vapor deposition (MOCV).
It can be formed by gradually changing the flow rate of each source gas when growing by D: metel-organic chemical vapor deposition) method.

【0050】また、図5においては、グレーデッド部1
2GRにおいて組成が連続的に変化し、バリア部12B
Rにおいては組成が一定の場合を例示したが、これ以外
にも、例えば、バリア部12BRにおいても、アルミニ
ウム組成が変化するように形成しても良い。
In FIG. 5, the graded portion 1
The composition changes continuously in the 2GR, and the barrier portion 12B
Although the case where the composition of R is constant is illustrated, other than this, for example, the barrier portion 12BR may be formed so that the aluminum composition changes.

【0051】図6は、本発明の半導体発光素子のオーバ
ーフロー防止層の第3の具体例を表すバンド構造の概念
図である。すなわち、同図は、オーバーフロー防止層1
2の価電子帯のエネルギー・レベルを表す。同図の例に
おいても、オーバーフロー防止層は、AlGaNからな
る。そのアルミニウム組成は、ガイド層107から活性
層106に向かって階段状に増加するように形成されて
いる。
FIG. 6 is a conceptual diagram of a band structure showing a third specific example of the overflow prevention layer of the semiconductor light emitting device of the present invention. That is, FIG.
2 represents the energy level of the valence band. Also in the example shown in the figure, the overflow prevention layer is made of AlGaN. The aluminum composition is formed so as to increase stepwise from the guide layer 107 toward the active layer 106.

【0052】このようにしても、正孔に対する障壁は大
幅に低下し、正孔は、ガイド層から活性層に容易に流入
することができるようになる。一方、前述した具体例と
同様に、活性層に隣接したバリア部12BRの組成と層
厚を適宜設定することにより、電子のオーバーフローを
効果的に抑制することができる。
Even in this case, the barrier against holes is greatly reduced, and holes can easily flow into the active layer from the guide layer. On the other hand, as in the specific example described above, by appropriately setting the composition and the layer thickness of the barrier portion 12BR adjacent to the active layer, the overflow of electrons can be effectively suppressed.

【0053】本発明者の検討によれば、階段状の各ステ
ップの層厚は、5nmから20nmの範囲とした場合に
良好な特性が得られることが分かった。階段の層数につ
いても、図示した例には限定されない。しかし、層数が
増加すると、界面準位などの影響により素子の抵抗が増
大する傾向が認めらるため、層数は10層程度以下とす
ることが望ましい。
According to the study by the present inventors, it has been found that good characteristics can be obtained when the layer thickness of each step of the step is in the range of 5 nm to 20 nm. The number of layers of the stairs is not limited to the illustrated example. However, when the number of layers increases, the resistance of the element tends to increase due to the influence of the interface state or the like. Therefore, it is desirable that the number of layers be about 10 or less.

【0054】本具体例は、アルミニウムの組成を階段状
に変化させている点で、前述した第2具体例よりも結晶
成長が容易となる。
In this embodiment, the crystal growth is easier than in the above-described second embodiment in that the composition of aluminum is changed stepwise.

【0055】一方、オーバーフロー防止層12を設ける
位置は、活性層とp型ガイド層との間には限定されな
い。
On the other hand, the position where the overflow prevention layer 12 is provided is not limited between the active layer and the p-type guide layer.

【0056】図7は、本発明の半導体発光素子の変形例
を表す概略バンド構造図である。すなわち、同図に例示
した素子においては、オーバーフロー防止層12は、p
型ガイド層107とp型クラッド層108との間に設け
られている。このような位置にオーバーフロー防止12
を設けても、活性層106からの電子のオーバーフロー
を防止しつつ、正孔の流入を促進させて発光効率の高い
発光素子を得ることができる。
FIG. 7 is a schematic band structure diagram showing a modification of the semiconductor light emitting device of the present invention. That is, in the device illustrated in FIG.
It is provided between the mold guide layer 107 and the p-type cladding layer 108. Overflow prevention 12 in such a position
Is provided, it is possible to obtain a light emitting element with high luminous efficiency by promoting the flow of holes while preventing the overflow of electrons from the active layer 106.

【0057】また、本変形例においても、オーバーフロ
ー防止層12としては、図2〜図6に関して前述したよ
うな種々の構造のものを同様に用いて同様の効果を得る
ことができる。
Also in this modification, the same effect can be obtained by using the various structures described above with reference to FIGS. 2 to 6 as the overflow prevention layer 12.

【0058】さらに、オーバーフロー防止層は、発光素
子のn側に設けても良い。
Further, the overflow prevention layer may be provided on the n side of the light emitting device.

【0059】図8は、本発明の半導体発光素子の第2の
変形例を表す概略断面図である。同図に例示した素子に
おいては、活性層106の両側にオーバーフロー防止層
12A、12Bがそれぞれ設けられている。これらのオ
ーバーフロー防止層の具体的な構成としては、図2、図
5及び図6に関して前述したいずれかのものを採用する
ことができる。
FIG. 8 is a schematic sectional view showing a second modification of the semiconductor light emitting device of the present invention. In the device illustrated in the figure, overflow preventing layers 12A and 12B are provided on both sides of the active layer 106, respectively. As a specific configuration of these overflow prevention layers, any of those described above with reference to FIGS. 2, 5, and 6 can be employed.

【0060】一般的に、窒化物系半導体を用いた半導体
レーザにおいては、発振波長が410nmよりも長い場
合には、活性層からの正孔のオーバーフローは問題とな
らない場合が多い。しかし、発振波長がこれよりも短く
なると、正孔のオーバーフローが弊害を生ずるようにな
り、発振波長が390nm以下の場合には、正孔のオー
バーフローを防ぐための対策が必要とされる。
In general, in a semiconductor laser using a nitride-based semiconductor, when the oscillation wavelength is longer than 410 nm, the overflow of holes from the active layer does not often cause a problem. However, if the oscillation wavelength is shorter than this, the overflow of holes causes a bad effect, and if the oscillation wavelength is 390 nm or less, a measure for preventing the overflow of holes is required.

【0061】図8に例示した素子においては、活性層1
06のn側にもオーバーフロー防止層12Bを設けたこ
とにより、n型ガイド層105からの電子の流入を妨げ
ることなく、活性層からの正孔のオーバーフローを効果
的に抑制することができる。その結果として、特に、短
波長領域において、キャリアのロスによる発光効率の低
下を解消し、さらに高効率で長寿命の半導体発光素子を
実現できる。
In the device illustrated in FIG. 8, the active layer 1
By providing the overflow prevention layer 12B also on the n side of 06, the overflow of holes from the active layer can be effectively suppressed without preventing the inflow of electrons from the n-type guide layer 105. As a result, especially in a short wavelength region, a decrease in luminous efficiency due to loss of carriers is eliminated, and a semiconductor light emitting device with higher efficiency and longer life can be realized.

【0062】図9は、本発明の半導体発光素子の第3の
変形例を表す概略断面図である。同図に例示した素子に
おいては、活性層106とp型ガイド層107との間に
オーバーフロー防止層12が設けられている。ここで
も、オーバーフロー防止層としては、図2〜図6に関し
て前述したいずれかのものを採用することができる。
FIG. 9 is a schematic sectional view showing a third modification of the semiconductor light emitting device of the present invention. In the device illustrated in the figure, the overflow prevention layer 12 is provided between the active layer 106 and the p-type guide layer 107. Here, as the overflow prevention layer, any of those described above with reference to FIGS. 2 to 6 can be employed.

【0063】一方、本変形例においては、n型クラッド
層116とp型クラッド層117とがそれぞれ超格子に
より構成されている。具体的には、これらのクラッド層
は、それぞれAlGaN(アルミニウム組成14%、層
厚2.5nm)のバリア層とGaN(層厚2.5nm)
のウエル層とを交互に120周期程度積層させた超格子
構造とすることができる。
On the other hand, in the present modification, the n-type cladding layer 116 and the p-type cladding layer 117 are each formed of a superlattice. Specifically, these cladding layers are respectively composed of a barrier layer of AlGaN (aluminum composition 14%, layer thickness 2.5 nm) and a GaN (layer thickness 2.5 nm).
The superlattice structure can be obtained by alternately laminating about 120 periods with the well layers described above.

【0064】クラッド層116、117をこのような超
格子構造とすることにより、いわゆる多重量子バリア
(multiple quantum barrier:MQB)効果が得られ、
クラッド層によるキャリアの閉じ込め効果をさらに向上
させることができる。
When the cladding layers 116 and 117 have such a superlattice structure, a so-called multiple quantum barrier (MQB) effect can be obtained.
The effect of confining carriers by the cladding layer can be further improved.

【0065】また、図示した例においては、オーバーフ
ロー防止層12を活性層106とp型ガイド層107と
の間に設けたが、これ以外にも、例えば、オーバーフロ
ー防止層12は、p型ガイド層107とクラッド層11
7との間に設けても良い。また、活性層106とn型ガ
イド層105の間や、n型クラッド層116とn型ガイ
ド層105との間に設けても良い。
In the illustrated example, the overflow prevention layer 12 is provided between the active layer 106 and the p-type guide layer 107. In addition, for example, the overflow prevention layer 12 may be a p-type guide layer. 107 and cladding layer 11
7 may be provided. Further, it may be provided between the active layer 106 and the n-type guide layer 105 or between the n-type clad layer 116 and the n-type guide layer 105.

【0066】以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の
形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具
体例に限定されるものではない。
The embodiments of the invention have been described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.

【0067】すなわち、前述した各具体例は、半導体レ
ーザについても発光ダイオードについても同様に実施し
てそれぞれの効果を得ることができる。
That is, each of the specific examples described above can be applied to a semiconductor laser and a light emitting diode in the same manner to obtain the respective effects.

【0068】また、各具体例において示した各半導体層
の導電型は、反転して構成することも同様に可能であ
る。
Further, the conductivity type of each semiconductor layer shown in each specific example can be similarly inverted.

【0069】また、基板として用いることのできるもの
は、前述したサファイアに限定されず、その他にも、例
えば、スピネル、ScAlMgO4、LaSrGaO4
(LaSr)(AlTa)O3などの絶縁性基板や、S
iC、MgO、Si、GaAsなどの導電性基板も同様
に用いてそれぞれの効果を得ることができる。
The substrate that can be used as the substrate is not limited to the above-mentioned sapphire, but may be, for example, spinel, ScAlMgO 4 , LaSrGaO 4 ,
An insulating substrate such as (LaSr) (AlTa) O 3 ,
Conductive substrates such as iC, MgO, Si, and GaAs can be similarly used to obtain the respective effects.

【0070】さらに、上述した具体例においては、窒化
物系半導体を用いた半導体レーザについて説明したが、
本発明は、これ以外にも、AlGaAs系、GaP系、
InGaAlP系、InP系、SiC系、ZnSSe系
などの各種の材料系を用いた半導体発光素子に同様に適
用して同様の効果を得ることができる。
Further, in the above specific example, the semiconductor laser using the nitride semiconductor has been described.
The present invention also provides an AlGaAs-based, GaP-based,
A similar effect can be obtained by applying the present invention to a semiconductor light emitting device using various material systems such as an InGaAlP system, an InP system, a SiC system, and a ZnSSe system.

【0071】[0071]

【発明の効果】本発明は、以上に説明した形態で実施さ
れ、以下に説明する効果を奏する。
The present invention is embodied in the form described above, and has the following effects.

【0072】すなわち、本発明によれば、独特の構成を
有するオーバーフロー防止層を導入することにより、電
子のオーバーフローを抑制しつつ、高ドーピングを施さ
なくても正孔の流れを容易にする。その結果として、従
来よりも低い動作電圧で正孔を活性層に流入させること
が可能となり、素子の動作電圧を低下することができ
る。
That is, according to the present invention, by introducing an overflow prevention layer having a unique structure, it is possible to suppress the overflow of electrons and facilitate the flow of holes without performing high doping. As a result, holes can be caused to flow into the active layer at a lower operating voltage than before, and the operating voltage of the device can be reduced.

【0073】同時に、本発明によれば、活性層における
正孔の濃度が大幅に上昇するので、活性層における電子
の再結合が促進され、電子の平均自由行程が短縮され
る。その結果として、特に、低電流密度の条件におい
て、電子のオーバーフローを抑制することができる。つ
まり、本発明によれば、キャリアのロスを抑制し、活性
層において発光再結合を極めて高い確率で生じさせるこ
とができるようになる。
At the same time, according to the present invention, since the concentration of holes in the active layer is greatly increased, recombination of electrons in the active layer is promoted, and the mean free path of electrons is shortened. As a result, it is possible to suppress the overflow of electrons particularly under the condition of low current density. That is, according to the present invention, carrier loss can be suppressed, and luminescence recombination can be caused in the active layer with an extremely high probability.

【0074】また、本発明によれば、オーバーフロー防
止層が極めて有効に作用するので、クラッド層のアルミ
ニウム組成をあまり高くする必要がなくなる。その結果
として、結晶の歪みにより特性を劣化させることなく、
光の閉じ込めに必要な十分に厚いクラッド層を成長する
ことが可能となる。
Further, according to the present invention, since the overflow prevention layer works extremely effectively, it is not necessary to make the aluminum composition of the cladding layer too high. As a result, without deteriorating characteristics due to crystal distortion,
It is possible to grow a sufficiently thick cladding layer necessary for confining light.

【0075】すなわち、本発明によれば、キャリアのロ
スが極めて効果的に抑制されるために、レーザ発振が促
進され、発振しきい値電流を従来よりも低下させること
ができる。また、レーザ発振状態での電流に対す光出力
の傾き、すなわちスロープ効率も大幅に改善される。
That is, according to the present invention, since the loss of carriers is extremely effectively suppressed, laser oscillation is promoted and the oscillation threshold current can be reduced as compared with the prior art. In addition, the slope of the optical output with respect to the current in the laser oscillation state, that is, the slope efficiency is greatly improved.

【0076】さらに、このようにしきい値が低下し、効
率も改善される結果として、素子の発熱が低下し、発光
素子の寿命も長くなる。
Further, as a result of the lowering of the threshold value and the improvement of the efficiency, the heat generation of the element is reduced and the life of the light emitting element is prolonged.

【0077】以上説明したように、本発明によれば、高
性能且つ高信頼性を有する各種の半導体発光素子を提供
することができるようになり、産業上のメリットは多大
である。
As described above, according to the present invention, various types of semiconductor light emitting devices having high performance and high reliability can be provided, and industrial advantages are great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体発光素子を表す概略断面図であ
る。
FIG. 1 is a schematic sectional view illustrating a semiconductor light emitting device of the present invention.

【図2】本発明の半導体発光素子のオーバーフロー防止
層の具体例を表す価電子帯バンド構造の概念図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram of a valence band structure showing a specific example of an overflow prevention layer of the semiconductor light emitting device of the present invention.

【図3】本発明の半導体発光素子のバンド構造を表し、
低注入電流の条件下におけるキャリアの流れを説明する
概念図である。
FIG. 3 shows a band structure of the semiconductor light emitting device of the present invention,
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a flow of carriers under a condition of a low injection current.

【図4】本発明の半導体発光素子の光出力特性を表すグ
ラフ図である。
FIG. 4 is a graph showing light output characteristics of the semiconductor light emitting device of the present invention.

【図5】本発明の半導体発光素子のオーバーフロー防止
層の第2の具体例を表すバンド構造の概念図である。
FIG. 5 is a conceptual diagram of a band structure showing a second specific example of the overflow prevention layer of the semiconductor light emitting device of the present invention.

【図6】本発明の半導体発光素子のオーバーフロー防止
層の第3の具体例を表すバンド構造の概念図である。
FIG. 6 is a conceptual diagram of a band structure showing a third specific example of the overflow prevention layer of the semiconductor light emitting device of the present invention.

【図7】本発明の半導体発光素子の変形例を表す概略バ
ンド構造図である。
FIG. 7 is a schematic band structure diagram showing a modification of the semiconductor light emitting device of the present invention.

【図8】本発明の半導体発光素子の第2の変形例を表す
概略断面図である。
FIG. 8 is a schematic sectional view showing a second modification of the semiconductor light emitting device of the present invention.

【図9】本発明の半導体発光素子の第3の変形例を表す
概略断面図である。
FIG. 9 is a schematic sectional view illustrating a third modification of the semiconductor light emitting device of the present invention.

【図10】キャップ層を設けた従来の半導体レーザを表
す概略断面図である。
FIG. 10 is a schematic sectional view showing a conventional semiconductor laser provided with a cap layer.

【図11】図10の素子のバンド構造を表し、低注入電
流の条件下におけるキャリアの流れを説明する概念図で
ある。
11 is a conceptual diagram illustrating a band structure of the device of FIG. 10 and illustrating a flow of carriers under a condition of a low injection current.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12 オーバーフロー防止層 101 基板 102 n型コンタクト層 103 n側電極 104 n型クラッド層 105 n型ガイド層 106 活性層 107 p型ガイド層 108 p型クラッド層 109 p型コンタクト層 110 保護膜 111 p側電極 112 キャップ層 Reference Signs List 12 overflow prevention layer 101 substrate 102 n-type contact layer 103 n-side electrode 104 n-type clad layer 105 n-type guide layer 106 active layer 107 p-type guide layer 108 p-type clad layer 109 p-type contact layer 110 protective film 111 p-side electrode 112 cap layer

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】活性層を備え、前記活性層に電子と正孔と
を注入して発光を生じさせる半導体発光素子であって、 前記活性層に注入された前記電子と前記正孔のいずれか
一方のオーバーフローを抑制するバリアとして作用する
オーバーフロー防止層をさらに備え、 前記オーバーフロー防止層は、さらに、前記活性層に注
入される前の前記電子と前記正孔のいずれか他方に対す
るバリア作用が緩和されてなることを特徴とする半導体
発光素子。
1. A semiconductor light emitting device comprising an active layer, wherein electrons and holes are injected into the active layer to generate light, and wherein any one of the electrons and the holes injected into the active layer is provided. The semiconductor device further includes an overflow prevention layer acting as a barrier that suppresses one overflow, wherein the overflow prevention layer further reduces a barrier effect on one of the electron and the hole before being injected into the active layer. A semiconductor light emitting device, comprising:
【請求項2】活性層と、オーバーフロー防止層と、を備
え、前記活性層に電子と正孔とを注入して発光を生じさ
せる半導体発光素子であって、 前記オーバーフロー防止層は、 前記活性層側の端面においては、前記活性層よりも大き
く且つ急峻に変化する第1のバンドギャップを有し、 前記活性層からみて反対側においては、層厚方向に端面
に近づくにつれて実効的なバンドギャップが前記第1の
バンドギャップよりも小さくなるものとして構成されて
いることを特徴とする半導体発光素子。
2. A semiconductor light emitting device comprising: an active layer; and an overflow prevention layer, wherein the semiconductor layer emits light by injecting electrons and holes into the active layer, wherein the overflow prevention layer comprises: an active layer. The end face on the side has a first band gap that is larger than the active layer and changes steeply. On the opposite side as viewed from the active layer, the effective band gap becomes closer to the end face in the layer thickness direction. A semiconductor light emitting device, wherein the semiconductor light emitting device is configured to be smaller than the first band gap.
【請求項3】前記オーバーフロー防止層は、複数のバリ
ア層と複数のウエル層とを含む超格子を有し、前記複数
のバリア層と前記複数のウエル層の少なくともいずれか
は、層厚または組成が一定でないことを特徴とする請求
項1または2に記載の半導体発光素子。
3. The overflow prevention layer has a superlattice including a plurality of barrier layers and a plurality of well layers, and at least one of the plurality of barrier layers and the plurality of well layers has a layer thickness or a composition. 3. The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein is not constant.
【請求項4】前記オーバーフロー防止層は、その層厚方
向に沿って組成が連続的に変化する部分を有することを
特徴とする請求項1または2に記載の半導体発光素子。
4. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the overflow prevention layer has a portion whose composition continuously changes along a thickness direction of the layer.
【請求項5】前記オーバーフロー防止層は、その層厚方
向に沿って組成が階段状に変化する部分を有することを
特徴とする請求項1または2に記載の半導体発光素子。
5. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the overflow prevention layer has a portion where the composition changes stepwise along the layer thickness direction.
【請求項6】前記活性層は、窒化物系半導体からなり、 前記オーバーフロー防止層は、アルミニウムを含む窒化
物半導体からなることを特徴とする請求項1〜5のいず
れか1つに記載の半導体発光素子。
6. The semiconductor according to claim 1, wherein said active layer is made of a nitride semiconductor, and said overflow prevention layer is made of a nitride semiconductor containing aluminum. Light emitting element.
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